[发明专利]一种物理剥离法制备石墨烯纳米片的方法、锂离子电池负极用水性导电浆料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种物理剥离法制备石墨烯纳米片的方法，包括以下步骤，首先将石墨分散液进行一次剥离后，降温后，得到混合液；然后将上述步骤得到的混合液进行二次剥离后，再分离和干燥，得到石墨烯纳米片。本发明采用液相原位剥离法制备石墨烯，通过液相超声剥离‑静置‑再次剥离的物理剥离技术，能在温和、低成本、无污染的条件下制备单层或少层石墨烯，具有片层薄、缺陷少、导电性高和软刚性等优点。本发明更采用导电浆料的改性方式，选择了特定含量的丙烯腈多元共聚物和其余粘结剂作为混合粘结剂，再结合特定条件的砂磨工艺，使得石墨烯纳米片能够更好的包覆在硅负极材料表面，从而缓解硅负极材料的体积膨胀效应。

技术领域

本发明属于锂离子电池负极导电浆料技术领域，涉及一种石墨烯纳米片的制备方法、水性导电剂及其制备方法，尤其涉及一种物理剥离法制备石墨烯纳米片的方法、锂离子电池负极用水性导电浆料及其制备方法。

背景技术

锂离子电池具有工作电压高、比能量高、循环寿命长、重量轻、自放电少、无记忆效应与性能价格比高等优点，已成为高功率电动车辆、人造卫星、航空航天等领域可充式电源的主要选择对象。尤其是在实际应用中，锂离子电池已经成为各类便携式电子设备的理想能源，例如笔记本电脑，手机等。然而随着环境和能源问题的日益严峻，新能源的开发与利用日益受到世界各国的重视，因此，高能量密度的锂离子电池的开发也迫在眉睫，而目前的锂离子电池已经无法满足快速发展的电动汽车等新型电子设备的要求，需要更高的能量密度、循环寿命以及更低的成本。因此，锂离子电池及其相关材料成为众多厂商和科研人员的研究热点。

锂离子电池的能量密度主要取决于正负极材料的储锂容量与电压，解决这一问题有两个方向，一、开发高容量、高电位的正极材料；二、开发高容量、低电位的负极材料。所以负极材料同样决定着锂离子电池的性能，而现有通用的锂离子电池负极材料就是石墨类材料是，但是其理论比容量仅为372mAh/g，限制了锂离子电池的能量密度。而硅负极材料具有约4200mAh/g的高理论嵌锂比容量，适中的电压平台(0.4V)，而且储量丰富，价格便宜，被认为是目前最具有潜力高能量密度锂离子电池负极材料。然而作为一种新型锂离子电池负极材料，但是在实际应用上，硅负极在充放电过程中发生剧烈的收缩和膨胀，其体积变化率超过300％，导致硅颗粒粉化，活性物质脱离粘结剂；同时SEI膜在循环过程中不断破裂与再生，不断消耗电解液，降低了循环稳定性，则是导致其工业化应用的主要影响因素。

因而，现有的应用化研究中，硅负极材料一般采用热裂解碳等碳材料包覆硅材料，但是裂解碳由于刚性比较严重，对硅负极材料的体积膨胀缓冲效果较小，且电池循环性能较差，所以也只是可以在循环次数较少的情况下缓解硅的体积膨胀效应。

因此，如何找到一种更加合适的方法去抑制硅碳负极存在的上述技术问题，而且易于工业化应用，提高其稳定性，已成为领域内各研发企业所面临的关键性挑战和亟待解决的问题之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种石墨烯纳米片的制备方法、水性导电剂及其制备方法，特别是一种包括了物理剥离法制备的石墨烯纳米片的锂离子电池负极用水性导电浆料，本发明提供的常温液相剥离法，能在温和的条件下，快速、低成本和无污染的得到单层或少层石墨烯，由于少层石墨烯具有软刚性特性，在与硅负极材料混合过程中，石墨烯能更好的包覆在硅负极材料表面，能更好的缓解硅负极材料的体积膨胀效应。

本发明提供了一种物理剥离法制备石墨烯纳米片的方法，包括以下步骤：

1)将石墨分散液进行一次剥离后，降温后，得到混合液；

2)将上述步骤得到的混合液进行二次剥离后，再分离和干燥，得到石墨烯纳米片。

优选的，所述石墨分散液中的石墨包括石墨粉、鳞片石墨、人造石墨、可膨胀石墨和膨胀石墨中的一种或多种；

所述石墨分散液中石墨的质量浓度为0.5％～5％；

所述石墨分散液中的溶剂包括水，或，水和与水互溶的有机溶剂；